DE3345554A1 - DC motor without a commutator, for driving an optical deflector - Google Patents

DC motor without a commutator, for driving an optical deflector

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Abstract

A motor is proposed for driving an optical deflector. The permanent magnets 11 of the rotor and a part of the bearing 6 are integrated into the convexly curved mirrors 1, 3. In order to create a compact arrangement 7, the motor coils are fitted on a carrier material 9, like conductor tracks 10. A magnetic return path disc consisting of sintered iron powder is provided on the stator side. As an alternative to this, it is proposed to produce the attachment flange, which carries the motor, from this material. The motor is accelerated without a sensor and/or intrinsic commutation by means of a starting controller and a constant clock frequency, and is operated at a constant rated speed.

Description

Koliektorloser Gleichstrommotor zum Antrieb Coliectorless DC motor for driving

eines optischen Deflektors Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor zum Antrieb eines optischen Deflektors (Ablenkeinheit), welcher aus einem konvex gewölbten, drehbar gelagerten Spiegel besteht. of an optical deflector. The invention relates to a collectorless one DC motor for driving an optical deflector (deflection unit), which consists of a convex, rotatably mounted mirror.

Ein optischer Deflektor ist im allgemeinen mit einem Elektromotor versehen, welcher den Spiegel zur Strahlablenkung mit hoher Drehzahl, d.h., mehreren tausend Umdrehungen pro Minute, in Drehung versetzt. Der Spiegel ist dazu mit einer geringen Neigung auf der Welle befestigt, führt also eine Taumel- bzw. Schwingbewegung aus, mit einer Frequenz, die der Drehzahl entspricht.An optical deflector generally includes an electric motor provided, which the mirror for beam deflection at high speed, i.e., several a thousand revolutions per minute, set in rotation. The mirror comes with a attached to the shaft with a slight inclination, thus leading to a wobbling or oscillating movement off, with a frequency that corresponds to the speed.

Es ist beispielsweise aus der DE-OS 32 33 216 eine Antriebseinheit für einen optischen Deflektor bekannt.It is for example from DE-OS 32 33 216 a drive unit known for an optical deflector.

Diese besteht aus einer Motoreinheit, einer radialen Gleitlagerung eines Pfeilverzahnungs-Dynamikdrucktyps, einer axialen Permanentmagnetlagerung und einem auf der Motorwelle befestigten Spiegel.This consists of a motor unit, a radial slide bearing a herringbone dynamic pressure type, an axial permanent magnet bearing and a mirror attached to the motor shaft.

Diese Anordnung zeigt einen hohen Raumbedarf und insbesondere die Lagerung einen großen fertigungstechnischen Aufwand, Allgemein ist jedoch das Bestreben vorhanden, solche Deflektoren, insbesondere bei Anwendung in Zielsuchköpfen, möglichst kompakt und kostengünstig herzustellen. Dies ist auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung.This arrangement shows a high space requirement and in particular the Storage a large manufacturing effort, General is however, there is a desire to use such deflectors, especially when used in Seeker heads to be made as compact and inexpensive as possible. This is also Object of the present invention.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf der Rückseite der Spiegelfläche innerhalb des durch den Spiegel gebildeten Hohlraums ein wenigstens einpolpaariger Magnetring und wenigstens ein Teil der Lagerung des Spiegels angeordnet ist, und wobei die Statorspulen, die unter Bildung eines Luftspaltes gegenüber dem Magnetring angeordnet sind, nach Art einer gedruckten Schaltung auf einer Trägerplatine aufgebracht sind.This object is achieved in that on the back of the mirror surface within the cavity formed by the mirror an at least one pole pair Magnetic ring and at least part of the storage of the mirror is arranged, and the stator coils, which form an air gap with respect to the magnetic ring are arranged, applied in the manner of a printed circuit on a carrier board are.

In einer Ausbildung der Erfindung wird zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften des Rotors vorgeschlagen, den Spiegelträger mit ferromagnetischen Eigenschaften zu versehen bzw. einen geeigneten Ring zwischen Magnete und Spiegelträger vorzusehen.In one embodiment of the invention is to improve the magnetic Properties of the rotor proposed the mirror support with ferromagnetic Properties to be provided or a suitable ring between the magnet and the mirror support to be provided.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in der Verwendung eines gesinterten Rückschlußringes zu sehen der statorseitig angeordnet ist und aus Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit (Wirbelstromdämpfung) besteht.Another embodiment of the invention is in the use of a sintered return ring to see the stator side is arranged and made of material with low electrical conductivity (eddy current damping).

Zur Vermeidung eines hohen Bauelementeaufwands wird weiterhin vorgeschlagen, anstelle einer Eigenkommutierung mit Hall sensoren o.ä. den Motor mit einer variablen Taktfrequenz hochzufahren, also gesteuert bis zur Nenndrehzahl zu beschleunigen und dann nach Art eines Synchronmotors zu betreiben. Die momentane Stellung des Rotors läßt sich dabei unter Einsatz eines zweipoligen Motors aus den Ansteuersignalen gewinnen.To avoid a high number of components, it is also proposed that instead of self-commutation with Hall sensors or similar, the motor with a variable one Raising the clock frequency, i.e. accelerating it in a controlled manner up to the nominal speed and then to operate like a synchronous motor. The current position of the The rotor can be determined from the control signals using a two-pole motor to win.

Um den Motorstrom im Synchronbetrieb möglichst dem abzugebenden Moment anzupassen Ist in einer weiteren Ausbildung eine Pulsweitenmodulationsregelung vorgesehen.In order to keep the motor current in synchronous operation as close as possible to the torque to be output to be adjusted In a further development, a pulse width modulation control is provided.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.Further refinements of the invention are set out in the subclaims cited.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of an exemplary embodiment explained.

Es zeigt Fig. 1 einen Antriebsmotor in Schnittbilddarstellung Fig. 2 eine Antriebsregelung in Blockbilddarstellung.It shows FIG. 1 a drive motor in a sectional view of FIG. 2 a drive control in a block diagram.

Zur Ablenkung eines Lichtstrahls wird eine konvexe Spiegeloberfläche mit hoher Drehzahl um di.e Achse 2 gedreht und führt eine taumelnde Bewegung aus. Gelagert ist der Spiegelträger über eine Welle 4 und Kugellager 5, 6 an einem Befestigungsflansch 7, der zugleich eine Rückschlußscheibe 8 aus gesintertem Eisenpulver aufweist. Wird der Befestigungsflansch 7 selbst aus diesem Werkstoff hergestellt, dann kann natürlich diese zusätzliche Scheibe 8 entfallen und damit der Raumbedarf weiter reduziert werden. Auf der Scheibe 8 bzw. direkt auf dem Befestigungsflansch 7 ist ein Spulenträger 9 befestigt, der beispielsweise aus einer dünnen Glasscheibe oder aus Epoxydharz hergestellt ist. Auf diesem Substrat befinden geätzte Leiterbahnen in der Art mehrerer Spulen 10, wie beispielsweise aus der EP-A 300008 bekannt. Den Spulen gegenüberliegend und durch einen Luftspalt getrennt sind auf dem Rotor Magnete 11 in einer zweipoligen Anordnung, d.h., zwei halbkreisförmige Magnetsegmente mit unterschiedlicher, axial gerichteter Polarität angeordnet. Sofern der Spiegelträger 3 aus ferromagnetischem Material besteht, kann auf einen zusätzlichen rotorseitigen Rückschlußring verzichtet werden; ansonsten befindet sich zwischen Magnete 11 und Spiegelträger 3 ein ferromagnetischer Ring. Der Befesti- gungsflansch 7 enthält zur zentrischen Fixierung an eine hier nicht dargestellte Aufnahme eine ringförmige, konzentrische Paßfläche 12.A convex mirror surface is used to deflect a light beam rotated at high speed around axis 2 and performs a tumbling motion. The mirror carrier is mounted on a shaft 4 and ball bearings 5, 6 on a mounting flange 7, which also has a yoke 8 made of sintered iron powder. Will the mounting flange 7 itself made of this material, then of course this additional disk 8 is omitted and the space requirement is thus further reduced will. On the disk 8 or directly on the mounting flange 7 is a coil carrier 9 attached, for example, made of a thin sheet of glass or epoxy resin is made. On this substrate there are etched conductor tracks in the manner of several Coils 10, as known from EP-A 300008, for example. Opposite the coils and separated by an air gap are magnets 11 in a bipolar manner on the rotor Arrangement, i.e. two semicircular magnet segments with different, axial arranged polarity. If the mirror carrier 3 is made of ferromagnetic Material consists, an additional rotor-side return ring can be dispensed with will; otherwise there is a ferromagnetic one between the magnet 11 and the mirror carrier 3 Ring. The fastening gungsflansch 7 contains for central fixation an annular, concentric mating surface on a receptacle, not shown here 12th

In Fig. 2 ist ein Motor 13 beispielsweise mit dem aus Fig. 1 bekannten Aufbau dargestellt. Eine Anlaufschaltung 14, die von einem Taktgeber angesteuert wird, erzeugt in der Anlaufphase eine sich beschleunigende Impulsfolge, die so auf die Motoreigenschaften abgestimmt ist, daß der Motor in einem geführten Hochlauf seine Nenndrehzahl erreicht. Mittels eines Festwertspeichers (PROM) 15, dem die Signale der Anlaufschaltung zugeführt werden, sind die einzelnen Phasen des Motors ansteuerbar, wobei eine Endstufe 16 die Steuersignale verstärkt. Durch die Anwendung eines zweipoligen Motors kann die Winkel stellung des Rotors unter Berücksichtigung des Polradwinkels aus den Ansteuersignalen der Endstufe oder aus den Steuersignalen selbst die augenblickliche Rotorstellung ermittelt werden. Bei Erreichen der Nenndrehzahl arbeitet der Motor in Synchronbetrieb mit der, der Anlaufsteuerung 14 zugeführten, festen Frequenz. Zur Reduzierung des Motorstroms kann eine Regeleinrichtung 17 vorgesehen sein, bestehend aus einem Meßwiderstand 18 zur Messung des otorstromes IM Die Meßgröße wird über einen Vestärker 19 einem Pulsweitenmodulator 20 zugeführt, dem weiterhin ein konstantes Sollwertsignal über einem externen Eingang CC eingegeben wird. In bekannter Weise erzeugt der Pulsweitenmodulator ein Taktsignal mit variabler Pulsweite zur impulsweisen Steuerung der Endstufe 16.In FIG. 2, a motor 13 is, for example, with that known from FIG. 1 Structure shown. A start-up circuit 14 controlled by a clock is generated in the start-up phase an accelerating pulse train that so on the motor properties are matched so that the motor runs in a guided run-up has reached its rated speed. By means of a read-only memory (PROM) 15, which the Signals fed to the start-up circuit are the individual phases of the motor controllable, with an output stage 16 amplifying the control signals. Through the application a two-pole motor can take into account the angular position of the rotor the rotor angle from the control signals of the output stage or from the control signals even the current rotor position can be determined. When the rated speed is reached the motor works in synchronous operation with the, the start-up control 14 supplied, fixed frequency. A control device 17 can be provided to reduce the motor current be, consisting of a measuring resistor 18 for measuring the otorstromes IM the measured variable is fed via an amplifier 19 to a pulse width modulator 20, which continues to a constant setpoint signal is entered via an external input CC. In As is known, the pulse width modulator generates a clock signal with a variable pulse width for pulse-wise control of the output stage 16.

Die Rotorstellung kann natürlich auch mittels Sensorspulen ermittelt werden. Insbesondere bei größeren Genauigkeitsanforderungen bezüglich der Stllungssensierung ist diese Art der Messung vorteilhaft.The rotor position can of course also be determined by means of sensor coils will. Especially with greater accuracy requirements with regard to position sensing this type of measurement is advantageous.

Bezugszeichenliste 1 Spiegeloberfläche 2 Achse 3 Spiegelträger 4 Welle 5 Kugellager 6 Kugellager 7 Befestigungsflansch 8 Rückschlußschebe 9 Spulenträger 10 Spulen 11 Magnete 12 Paßfläche 13 Motor 14 Anlaufschaltung 15 Festwertspeicher 16 Endstufe 17 Regeleinrichtung 18 Meßwiderstand 19 Verstärker 20 Pulsweitenmodulator LIST OF REFERENCE NUMERALS 1 mirror surface 2 axis 3 mirror carrier 4 Shaft 5 ball bearing 6 ball bearing 7 mounting flange 8 back yoke slide 9 coil carrier 10 coils 11 magnets 12 fitting surface 13 motor 14 start-up circuit 15 read-only memory 16 output stage 17 control device 18 measuring resistor 19 amplifier 20 pulse width modulator

Claims (8)

Patentansprüche 1. Kollektorloser Gleichstrommotor zum Antrieb eines optischen Deflektors (Ablenkeinheit), welcher aus einem konvex gewölbten, drehbar gelagerten Spiegel besteht, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rückseite der Spiegelfläche innerhalb des durch den Spiegel gebildeten Hohlraums ein wenigstens einpolpaariger Magnetring und wenigstens ein Teil der Lagerung des Spiegels angeordnet ist, und wobei die Statorspulen, die unter Bildung eines Luftspaltes gegenüber dem Magnetring angeordnet sind, nach Art einer gedruckten Schaltung auf einer Trägerplatine aufgebracht sind.Claims 1. Commutatorless DC motor for driving a optical deflector (deflection unit), which consists of a convex, rotatable mounted mirror, characterized in that on the back of the mirror surface within the cavity formed by the mirror an at least one pole pair Magnetic ring and at least part of the storage of the mirror is arranged, and the stator coils, which form an air gap with respect to the magnetic ring are arranged, applied in the manner of a printed circuit on a carrier board are. 2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegelträger und/ oder ein zwischen Spiegelträger und Magnetring angeordneter Rückschl ußri ng ferromagnetische Eigenschaften aufweist.2. Commutatorless direct current motor according to claim 1, characterized in that that the mirror carrier and / or one arranged between the mirror carrier and the magnetic ring Conclusion has ferromagnetic properties. 3. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatine auf einem Befestigungsflansch oder einem zwischen Befestigungsflansch und Trägerplatine angeordneten Ring, welche aus gesintertem Eisenpulver hergestellt sind, angeordnet ist.3. Brushless DC motor according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the carrier board on a mounting flange or between Fastening flange and carrier plate arranged ring, which is made of sintered Iron powder are made, is arranged. 4. Kollektorloser Gleichstrommotor, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit einer variablen Taktfrequenz angesteuert wird und die Drehzahl regelung bei Erreichen der Solldrehzahl mittels eines Pulsweitenmodulators erfolgt.4. Brushless DC motor, in particular according to claim 1, characterized in that the motor is controlled with a variable clock frequency and the speed control when the target speed is reached by means of a pulse width modulator he follows. 5. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sensierung der Rotorstellung eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die aus eingespeister Frequenz und Polradwinkel die Rotorstellung ermittelt.5. Commutatorless direct current motor according to claim 4, characterized in that that a switching device is provided for sensing the rotor position, which The rotor position is determined from the frequency and rotor angle fed in. 6. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sensierung der Rotorstellung die in einer Wicklung induzierte EMK im stromlosen Zustand in ihrer Phasenlage bestimmt und ausgewertet wird.6. Commutatorless direct current motor according to claim 4, characterized in that that for sensing the rotor position the EMF induced in a winding in the de-energized State is determined in their phase position and evaluated. 7. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung eine zusätzlich angeordnete Sensorwicklung mit kleinen Abmessungen ist.7. Commutatorless direct current motor according to claim 6, characterized in that that the winding has an additionally arranged sensor winding with small dimensions is. 8. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung aus zwei um 90" versetzt angeordneten Spulen besteht.8. Commutatorless direct current motor according to claim 7, characterized in that that the winding consists of two coils offset by 90 ".
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